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日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

作者:工程師天張

我們時不時被“爸爸懷孕”這樣的新聞吸引眼球,打開一看,完全不是那麼回事。這次日大學學家又用兩隻公老鼠“産仔”,你覺得會是真的嗎?小編研讀過後,發現這是一個隻給了部分事實的新聞。

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這次科學家的研究路徑是:雄鼠皮膚細胞(2個)→分别剔除Y染色體→剩下2個X染色體“粘”在一起→培育為成熟卵細胞→引入另一隻雄鼠精子讓卵細胞受孕→植入雌鼠子宮→小鼠分娩。

實際看來,繁殖過程并不是隻需要兩隻公鼠就可以的,不過這項研究也有很多獨創、首創的地方,而且研究過程中也并非一帆風順,感興趣的話,請繼續往下看。

老鼠正常是怎麼繁殖後代的

老鼠同人類一樣,這種哺乳動物的雄性生殖細胞中含有XY染色體,雌性生殖細胞中含有XX染色體,如果父母的XX染色體結合就會産下雌雄後代,如果母鼠X染色體和公鼠的Y染色體結合就會産下雄性後代。受孕後的受精卵,在雌鼠子宮内經過很短時間(大約1個月)發育成熟并分娩而出。

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

日大學學家的初次嘗試

日本福岡九州大學的林勝彥(Katsuhiko Hayashi)博士,一直緻力于了解小鼠生殖細胞規格和分化的分子機制。他自2014年以來一直擔任九州大學幹細胞生物學和醫學系教授。2004年,他獲得東京理科大學博士學位,并加入了大阪婦女兒童醫院松井康久的實驗室。2005年,他加入劍橋大學Azim Surani的實驗室,擔任博士後研究員。2009年,他加入了京都大學Mitinori Saitou的實驗室。

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

林勝彥博士帶領團隊,要幹的一件大事是抛棄傳統的正常的老鼠懷孕機制,而是試圖從老鼠的幹細胞中創造出生殖細胞(精子和卵子),并在實驗室中培養它們。這個領域稱之為IVG,即體外配子發生,于是他成了IVG領域的先驅。所謂的幹細胞就是一種可以轉化成其它類型細胞的細胞。

他們是怎麼做到的呢?2012年,林勝彥在京都大學時和幹細胞生物學家Mitinori Saitou合作,研究了将小鼠皮膚細胞“制造”成卵子的途徑:将它們重新程式設計為胚胎樣幹細胞,然後重新編輯為原始生殖細胞(PGC)。這些早期細胞随着胚胎發育而出現,後來産生精子或卵子。

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

這些11個月大的小鼠由林勝彥團隊在培養皿裡制作的卵子發育而來

之後林勝彥團隊成了全世界第一個從幹細胞中産生小鼠精子和小鼠卵子的團隊,也是首次在母鼠體外人工制造老鼠卵子。這個成績已經很厲害了,他們認為:如果這個過程可以對人類起作用,研究人員就可以生産人造卵子。

做到這一步已經很不容易了,但是他們并未止步于此,他們繼續試圖讓卵子發育到準備受精的程度時,遇到了一個很大的障礙——它們并不能在體外成熟。為了讓這些體外“制造”的卵子成熟,研究人員不得不将它們轉移到活小鼠的卵巢中。

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

培養皿中的卵細胞:由胚胎幹細胞産生的人造小鼠卵母細胞。研究人員還使皮膚細胞的卵子重新程式設計為胚胎樣狀态

日大學學家的繼續嘗試

從那時開始,一直到2021年,5年的時間裡,林勝彥團隊一直在努力尋找繞過這一障礙的方法,于是他們開發了一種工藝來幫助這些幹細胞産生的卵子成熟到可行的程度。期間,2020年他們研究了小鼠幹細胞在實驗室培養皿中成熟為卵子所需的遺傳變化;在2021年他們證明可以重建小鼠卵巢的環境,以培育出産生健康後代的卵子。這次他們成功了,他們是怎麼做到的呢?

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

第一步,先從成年雄性小鼠身上取出皮膚細胞,這些細胞具有XY染色體;

第二步,對這些細胞進行了重編輯來建立幹細胞樣誘導多能幹細胞,在培養物中培養它們,直到它們自發地失去Y染色體,隻剩下一條X染色體;

第三步,再将另一個同樣的剔除了Y染色體的細胞裡剩下X染色體,與之前的X染色體“粘”在一起,這個過程中他們用一種叫做逆轉的化合物處理細胞,促進染色體在細胞分裂過程中分布的錯誤,并尋找染色體女性的細胞,具有兩個X染色體拷貝;從那裡,研究小組為誘導多能幹細胞提供了形成未成熟卵子所需的遺傳信号,使卵子在培養皿中逐漸成熟到可以受精的狀态;

第四步,使用小鼠精子使卵子受精,并将産生的胚胎轉移到雌性小鼠的子宮中。

經過大批量的試驗,在630個移植胚胎中隻有7個發育成幼崽。林勝彥團隊發現這樣的做法存活率很低,大約1%,不過讓人欣喜的是幼崽生長正常,成年後具有生育能力。

結語

林勝彥團隊先利用一隻公鼠皮膚細胞最終培養為成熟的卵子,再用另一隻公鼠的精子使培養的卵子受孕,最後借一隻母鼠的身體使其發育成熟并娩出。這樣看來,一隻小鼠的誕生确實有兩個父親,而母鼠隻是提供了一個發育場所,小鼠與母鼠之間沒有任何的親代關系。

日大學學家用兩隻公老鼠“産仔”?這并不是全部真相

這個研究有什麼用呢?這項技術在幫助研究人類不孕症方面可能是無價的。理論上,有朝一日可能導緻女性與不孕症作鬥争,能夠使用自己的幹細胞來制造卵子或男性自己的精子。該技術可用于幫助那些女性無法自己生産卵子的不孕夫婦。

但是從倫理道德方面來看,林勝彥不贊成男人使用這種技術來用自己的精子和人工制造的卵子來創造嬰兒。一是即使在小鼠中卵子的品質也存在許多問題,二是距離提供生育治療還有很長的路要走。也有同行業的專家稱:從技術上講,這是可能的,但不太确定在現階段這種技術是否安全或為社會所接受。

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